节水型水龙头设计毕业设计.docx
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节水型水龙头设计毕业设计
闽南理工学院
MINNANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
毕业设计
节水龙头设计
系别：
光电与机电工程系
专业：
机械设计制造及其自动化（数控）
班级：
0820134
学号：
082013416
学生姓名：
指导教师：
职称：
高级工程师
2012年5月20日
MINNANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
GraduationThesis（Project）oftheCollegeUndergraduate
Water-savingfaucetdesign
Department:
Electro-OpticalandElectricalandMechanicalEngineering
Major:
Mechanicalengineeringandautomation（NC）
Grade:
2008
Student’sName:
WangYiZe
StudentNo:
082013416
Tutor:
ZhouChao
May20,2012
节水龙头设计
王毅泽
光电与机电工程系
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
毕业设计原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
毕业设计版权使用授权书
本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。
保密□在年解密后适用本授权书；
本设计属于：
不保密□。
（请在以上相应的方框内打“√”）
作者签名：
日期：
年月日
指导教师签名：
日期：
年月日
毕业设计答辩小组成员名单
姓名
职称
单位
备注
组长
节水龙头设计
摘要
如今红外线技术在通信技术、家用电器、工农业生产等许许多多的方面都有很广泛的应用,在日常生活中红外线的应用更是受到人们的关注。
本文主要通过红外线反射控制原理来控制电磁阀从而达到水龙头可自动开启和延时关闭的功能，实现节水的目的。
红外感应自动水龙头电路是由红外脉冲调制发射器、红外线接收、译码电路、单稳态触发器、光电隔离器等组成。
其中555定时器是红外脉冲调制发射器和单稳态触发器的核心部件。
另外CX20106是一款红外线检波接受的专用芯片,由于功能强，性能优越，成本低，故已在各种红外线遥控系统中得到广泛的使用。
关键词：
555定时器；红外线；节水龙头；CX20106；
Water-savingfaucetdesign
Abstract
Today,infraredtechnologyhasaverywiderangeofapplicationsinmanyaspectsofcommunicationstechnology,householdappliances,industrialandagriculturalproduction,infraredapplicationsineverydaylifebythepeople'sattention.Inthispaper,theprincipleofinfraredreflectivitycontroltocontrolthesolenoidvalvesoastoachievethefaucetsthatautomaticallyturnonanddelayofffeaturetoachievethepurposeofsavingwater.Theinfraredsensorautomaticfaucetcircuitbytheinfraredpulsemodulationtransmitter,IRreceiver,thecompositionofthedecodingcircuit,monostable,photoelectricisolator.The555timeristhecorecomponentoftheinfraredpulsemodulationtransmitterandmonostable.InadditionCX20106isadedicatedchip,aninfrareddetectoracceptance,superiorperformance,lowcost,ithasbeenwidelyusedinavarietyofinfraredremotecontrolsystem.
Keywords:
555timer;infrared;waterfaucet;CX20106;
前言
当今世界水资源已经越来越匮乏。
工业和城市生活用水中，节水器具和设备是节约用水的最直接的方式，而水龙头是日常生活中、应用范围最广的一种用水器具，它的性能直接影响到实际节水结果的好坏，因此设计开发节水型水龙头对于应对水资源匮乏有着极其重要的意义。
节水措施的采用，已经提到了政府的议事日程上。
可视我们还是会看到许多公共场所水龙头没有及时关，自来水白白浪费的现象。
特别是医院、厕所、工厂车间等卫生条件相对较差的地方。
有些人不关水龙头主要是担心双手洗干净后再去关水龙头会再次受到污染，也有部分人因为匆忙导致水龙头关闭不到位。
本设计的红外线自动开关节水龙头能够实现水龙头自动开启和延时关闭的功能，同时又防止了清洗后的二次污染，节水方面达到了智能控制的目的。
第1章节水龙头概况
1.1节水龙头的概念
什么是节水龙头？
所谓的节水龙头自身应该具备有“省减、限制、俭省”功能才可称“节水龙头”。
节水属于社会概念，即水在使用的过程中，体现出“省减、限制、俭省”功能；龙头属于产品概念，即自来水水管放水的出口。
1.2目前节市场上节水龙头的种类
（1）定水量式水龙头
水龙头开启流出一段水量后,依靠预压弹簧的增压和水压而进行水龙头的自动密封关闭动作,从而减少了无效流水的时间,预计有30%的节水效果。
（2）自动水龙头
根据光电效应、电磁感应等原理来控制水龙头的开和关,通常用于建筑标准较高的盥洗、淋浴、饮水等的节水控制;这种水龙头具有也有防止交叉感染、提高卫生水平及防止二次污染的功能。
（3）手压、脚踏、式水龙头
这类水龙头通过于手压、脚踏动作及相应传动的机械动作来完成水龙头的开关,当释手或松脚的时候水龙头就自行关闭,达到即开即停的效果。
适用于列车、轮船、民航飞机等大型交通工具上。
（4）陶瓷片密封水龙头
这类水龙头采用2片精密研磨的硬质陶瓷片作为密封件的节水型水龙头。
主要因耐用、密封性好和关闭迅速而节水。
（5）节流水龙头
这类水龙头内加油节水阀芯（俗称皮钱）或节流塞,可以减少水龙头因流量过大而浪费的水量,据估计其节水率可达50%
（6）停水自闭水龙头
这类水龙头停水后靠阀瓣或活塞自重或弹簧复位关闭水流通道而防止水的浪费。
1.3设计的原理简介
本次设计是利用红外线反射控制原理,用电磁阀开关代替普通水龙头的手动开关实现水龙头的自动开关功能。
该系统主要由555定时器构成的电路、CX20106芯片以及相关元器件组成红外线反射控制电路。
当人体的手放在水龙头的红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手的摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制水龙头出水；当人体的手离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制水龙头的关水，这样的设计起到既节水又使清洗者不受水龙头二次污染的效果,该设计的总体布局图1-1如下。
图1-1红外反射节水龙头总体布局
第2章主要元器件介绍
2.1发光二极管（LED）
（1）发光二极管（LED）简介
发光二极管，是一种半导体器件。
初时多用作为指示灯、显示板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。
它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。
加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。
改变所采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管发出在近紫外线、可见光或红外线的光。
（2）发光二极管（LED）的结构及工作原理
发光二极管（LED）的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。
当给发光二极管加上正向电压后，从二极管内的P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，产生自发辐射的荧光。
如表1所示，使用不同的半导体材料可以发射不同的光，常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
表2-1常用发光二极管的参数比较
半导体材料
发出的光
铝砷化镓（AlGaAs）
红色光、红外线
铝磷化镓（AlGaP）
绿色光
磷砷化镓（GaAsP）
红色光，橘红色光，黄色光
铟氮化镓（InGaN）
近紫外线光，蓝绿色光，蓝色光
2.2光敏三极管
（1）光敏三极管简介
光敏三极管和普通晶体三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。
通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。
（2）晶体三级管的基本结构及工作原理
晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图2-1从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
图2-1晶体三级管的基本结构
2.3双向可控硅（SCR）
（1）可控硅简介
可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。
具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。
（2）双向可控硅的基本结构及工作原理
双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。
双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。
双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。
主电极的构造是对称的（都从N层引出），把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。
第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。
此时A1、A2间压降也约1V。
双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。
只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通
图2-2双向可控硅的结构及电路符号
2.3电磁阀
（1）电磁阀简介
电磁阀是用电磁控制的工业设备，可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。
电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
（2）电磁阀原理
电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔通向不同电磁阀的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。
（3）电磁阀按原理分类
①直动式电池阀
接通电源时候，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，内置弹簧把关闭件重新压回阀座，阀门关闭。
②先导式电磁阀
通电时，电磁力先导孔打开先导孔，上腔室压力迅速下降，电磁阀闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，阀门关闭。
③分步直动式电磁阀
它是一种直动和先导式相结合电磁阀，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。
当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。
第3章主要单元电路设计
3.1．555定时器
（1）555定时器简介
555定时器是一个集模拟、数字混为一体的中规模集成电路，其应用及其广泛。
因为它的成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路，所以也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
（2）555定时器内部结构图及引脚功能
图4是555定时器内部组成框。
它的内部电路由两个高精度电压比较器A1、A2,简单的个RS触发器,一个放电三极管及缓冲器和三个5K电阻串联组成分压器组成。
比较器A1,A2提供两个基准电压分为（1/3）Vcc和（2/3））Vcc。
图3-1555定时器内部组成框图
555定时器各个引脚功能如下:
1脚:
外接地或接电源负端Vss,一般情况下接地；
②脚:
TL低触发端（触发输入）；
③脚:
输出端Vo；
④脚:
RD是直接清零端，当RD端接低电平,则时基电路555不工作,此时不论TL、TH处于何电平,时基电路555输出为“0”,该端不用时应接高电平；
⑤脚:
Vc为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01LF电容接地,以防引入干扰；
⑥脚:
TH高触发端（阀值输入）；
⑦脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电；
⑧脚:
外接电源Vcc,双极型时基电路Vcc的范围是4.5～16V,CMOS型时基电路Vcc的范围为3～18V。
一般用5V。
（3）555定时器工作原理
在电源与地之间加上电压，在①脚接地，⑤脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为（2/3）Vcc，A2的同相输入端的电压为（1/3）Vcc。
若触发输入端TL的电压小于（1/3）Vcc，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端Q=1。
如果阈值输入端TH的电压大于（2/3）Vcc，同时TL端的电压大于（1/3）Vcc，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为Q=0。
555时基
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